COHETES EXPERIMENTALES: REACTORES

 

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Reactores

 

Reactor A50/E propulsado con EPOKSAL
Reactor A50/F propulsado con NEPOX

 

SERIES DE REACTORES

Calibres 32 Y 50

 

DESPIECE DE REACTORES

Calibres 32 y 50

 

PARÁMETROS

Empuje: Fuerza instantánea que un motor puede producir. El empuje así como cualquier otra fuerza, se mide en newtons en el Sistema Internacional.
Empuje máximo: Fuerza mayor producida por un motor durante su combustión.
Empuje medio: Fuerza que se supondrá como constante tomando un valor promedio en función del tiempo. (El empuje de un motor no es constante durante toda su combustión). El empuje promedio simplifica los cálculos balísticos y de potencia de un motor.
Impulso: Empuje producido durante un determinado período de tiempo (Usualmente, un segundo). Se mide en Newton/segundo.
Impulso total: Energía total que un motor produce durante todo su tiempo de combustión.
Impulso específico (Isp): Es una medida del "factor de mérito" o de calidad de los diferentes combustibles, es decir que a mayor Isp, mejor será un propulsor. La geometría interna del motor y el diseño de la tobera influyen en este parámetro.
Velocidad característica (c*): Prestaciones del propulsor. Es la potencia del propulsor en sí.

 

CLASIFICACIÓN

Siguiendo la hoja de R. Nakka vemos que, por ejemplo:
Un reactor que tenga una clasificación de motor I-389 significa que tiene un impulso total comprendido entre los valores especificados en la tabla correspondiente a la clase I (Desde 320 hasta 640 New-seg).
El valor 389 está referido al "Empuje medio" y se anota seguidamente a la letra.
La curva de empuje puede obtenerse por simulación gracias a programas previstos para ello.
Este y otros programas de diseño y simulación están disponibles gratuitamente en el sitio de Richard Nakka.
Al igual que en cualquier área del diseño e ingeniería, la simulación mediante programas informáticos es, hoy en día, casi imprescindible para el cálculo de resistencia de materiales.
SRM (Solid Rocket Motor) permite diseñar un reactor en función de los valores que asignemos a sus parámetros.

 

FUNCIONAMIENTO DE LA HOJA EXCEL SRM DE RICHARD NAKKA

La hoja tiene varias pestañas en la parte inferior que nos permiten desplazarnos por su contenido y ver los resultados de los cálculos.
Los datos se introducen en las casillas azules de la pestaña "Data and Kn" y su traducción al español se encuentra más abajo en esta misma página.
Una vez introducidos los datos se pincha en el recuadro "Click to solve" (1) que señala la flecha roja.
Ahora avanzamos a la siguiente pestaña "Pressure" y pinchamos en los recuadros "Click to solve" (2) y "Click to solve" (3). Esto ejecutará los cálculos de la presión si no se hubieran realizado.
Avanzamos hasta la pestaña "Perfomance" haciendo click en "Solve" (4) para ver el empuje.
Sucesivamente podemos recorrer toda la hoja y modificar los datos de las casillas azules siempre que sepamos lo que hacemos. No debemos modificar un dato que no comprendemos.
La hoja deberá tener habilitadas las Macros (configuración de seguridad) para que sea ejecutable.
Mostramos a continuación la traducción al español de los principales parámetros del reactor para completar la hoja SRM.

 

NOMENCLATURA DE LA HOJA EXCEL SRM

Dc= Diámetro interior de la cámara de combustión.
Lc= Longitud de la cámara de combustión.
Type= Es el combustible empleado.
Do= Diámetro exterior del grano de propulsor.
do= Diámetro del núcleo del grano del propulsor.
Lo= Longitud de los granos de propulsor (Si no fueran iguales, se promedia).
N= Número de granos de propulsor.
Outer surface= Superficie exterior del grano de propulsor (Marcar 1 si queda expuesta y 0 si queda inhibida).
Core= Superficie interior que forma el núcleo del grano de propulsor. (Marcar 1 si queda expuesta y 0 si queda inhibida).
Ends= Superficies circulares laterales del grano de propulsor. (Marcar 1 si queda expuesta y 0 si queda inhibida).
Kno= Relación entre el área de quemado instantánea del propulsor y la superficie de la garganta de la tobera.
e= Posible erosión de la garganta de la tobera durante la combustión.

 

PARTES DE UN REACTOR

Despiece de un reactor

 

Reactor

Reactores
¡Clic sobre la imagen!
Haz clic sobre las distintas partes de la imagen.
Inflamadores: Sistemas de encendido insertados en el interior del reactor. Se activan por corriente eléctrica y contienen una pequeña carga pirotécnica que produce una deflagración. Información(Más información, clic aquí). ¡Ver fotos! (Fotos clic aquí).
Tubos: Partes cilíndricas que alojan el propulsante y resto de componentes de un reactor. Puede ser de distintos materiales (acero, PVC, cartón, etc.) pero se recomienda el uso del aluminio por seguridad. ¡Ver fotos! (Fotos clic aquí).
Propulsores: Mezclas sólidas que incorporan combustible y oxidante íntimamente mezclado listo para producir el empuje durante la combustión. Información(Más información, clic aquí). ¡Ver fotos! (Fotos, clic aquí).
Toberas (De Laval): Son inyectores de gases adaptados a las necesidades del reactor. Aceleran los gases de escape a velocidades supersónicas gracias a su forma convergente-divergente. Información(Más información, clic aquí). ¡Ver fotos! (Fotos, clic aquí).

 

Anexos

Tapones: Es el sistema de obturado de la parte opuesta a la tobera. Pueden ser de distintos materiales siempre que ofrezcan la resistencia suficiente a la presión y la temperatura durante el funcionamiento del reactor.
Tornillería: Suele ser de acero y pueden ser autorroscantes o de paso métrico. También la forma de la cabeza del tornillo puede variar según el diseño.
Sellantes: Se usan para garantizar la estanqueidad de la tobera y del tapón. Pueden ser anillos tóricos o resinas epoxídicas. En ocasiones se usa silicona RTV para altas temperaturas.
Pantallas térmicas: Evitan el debilitamiento estructural y la pérdida de cualidades mecánicas en los componentes del reactor. Se puede usar cartón, PVC, lámina de aluminio o combinaciones de estos y otros tantos materiales. Evitan también la pérdida de energía por radiación y conducción térmica.

 

SERIES DE REACTORES

SERIES A/32 CALIBRES 32/29 mm. (Simulación hoja excel SRM).

Reactor A32

Hojas Excel
 
 
       
- A/32-A
- A/32-B
- A/32-C
- A/32-D1
- A/32-D2
   
- Despiece de reactores.
 

SERIES A/50 CALIBRES 50/45 mm. (Simulación hoja excel SRM).

Reactor A50

Hojas Excel
 
 
 
- A/50-A
- A/50-B
- A/50-C
- A/50-D
- A/50-E
- A/50-F
- A/50-DEF
- A/50-N6
- A/50-E7
- A/50-E1
- A/50-E2
- A/50C-E2
- A/50C-E3
         
- Despiece de reactores.
* Clic sobre la referencia del reactor para descargar hoja Excel SRM.
 

BANCO DE PRUEBAS

Banco de pruebas

 

Se ha construído un banco de pruebas dinamométrico basado en un pistón neumático de robótica; unido a un manómetro y usando como fluído aceite de silicona.
El sistema está basado en la transmisión de la presión a través de un fluído y la medición de esta mediante el manómetro.
Es necesario establecer una relación entre presiones y fuerzas de empuje, ya que el sistema convierte las fuerzas en presiones mediante un émbolo relleno con un fluído.
Se usa aceite de silicona de baja viscosidad porque no daña las justas de goma del pistón y porque lubrica el avance del émbolo en su recorrido, suavizando el movimiento y evitando los avances irregulares.

actuador neumático

Actuador neumático

 

banco de pruebas
Banco de pruebas

 

El conjunto del sistema se monta sobre madera apantallada térmicamente con lámina de aluminio en previsión de las altas temperaturas alcanzadas por el reactor y por posibles fallos de estos.
El banco puede afirmarse sobre una madera mediante tornillos o atarse con bridas y otros elementos de sujección. El manómetro se encuentra libre para orientarse en la posición deseada, según el caso y a conveniencia del operador.

banco de pruebas

Detalle del sistema de medición

 

banco de pruebas

Vista lateral del sistema de medición

 

La posición horizontal de funcionamiento evita que el peso variable del reactor afecte a la lectura registrada.
El deslizamiento horizontal está favorecido por unos rodillos que giran sobre ejes con teflón y por unas bases metálicas engrasadas en el punto de fricción.
Unas escuadras colocadas entre el reactor y el eje del pistón, limitan el recorrido, cuyo avance se regula mediante una tuerca en el vástago. Este sistema permite limitar el esfuerzo y actuar en caso de seguridad, deteniendo el avance.
El manómetro puede intercambiarse fácilmente al estar conexionado con una sistema rápido. Esto es útil para variar los rangos de lectura cuando se usan reactores con distintas potencias.
Para una correcta medición del empuje de un reactor, debe grabarse en vídeo el funcionamiento del manómetro durante el tiempo de empuje y establecer unas coordenadas de tiempo y presión.

Detalle de la medición del manómetro
Sellado del reactor A50-E2

Reactor A50C-E2

 

SOFTWARE

Diseño y simulación de granos SRM de R. Nakka (Para DEXTROSA, SORBITOL y NEPOX)
Diseño y simulación de granos SRM de R. Nakka (Para DEXTROSA, SORBITOL y EPOKSAL) Español
Diseño y simulación de granos SRM de R. Nakka (Para DEXTROSA, SORBITOL Y AZÚCAR COMÚN)
Diseño y simulación de granos (Jimmy Yawn)
Diseño y simulación de granos Knc (Loki)
Simulación balística Ezalt (R. Nakka)
Aerodinámica Aerolab ( Hans Olaf Toft)
BATES Calc2m (Jimmy Yawn)
Simulación Pseudo finocyl PFC Burn (R. Nakka)
Caracterización de propergoles Español
Cálculo del CDP (Juan R. Parczewski) Español
Cálculo del CDP Barrowman (Guillermo Descalzo) Español
Aerodinámica OpenRocket Español
GDL Propep (Gas Dynamics Lab)
Densidad del grano (R. Nakka)
Rocksim

 

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